[发明专利]一种宽带磁耦合谐振式无线电能传输E类功率放大器

说明书

本发明公开了一种宽带磁耦合谐振式无线电能传输E类功率放大器，它的工作过程：输入信号(1),门极偏置电源(2)经过电源滤波电路(3)接于双功率管(4)前端，反馈电路(5)并联于双功率管(4)两端，漏极电源(6)经过电源滤波电路(7)接于双功率管(4)后端，双功率管(4)输出经过带阻抗变换功能的电抗补偿电路(8)，输出信号(9)。其采用双MOS管放大，相较于传统单管放大减小了每个MOS管上的电压，对MOS管形成保护。对双电抗补偿电路进行改进，省去了传统E类中的阻抗匹配网络。这种宽带E类功放效率高，工作频带宽，相较于传统单频点E类功放，可在较宽频带上保持理想的输出功率与效率。

技术领域

由于本发明宽带型E类功率放大器主要应用于磁耦合谐振式无线电能传输，故主要涉及电子与射频领域。

背景技术

磁耦合谐振式无线电能传输技术是无线电能传输三大技术之一，也是当前国内外学者的研究的热点之一。但是目前无线电能传输的功率还不大，停留在百瓦级，还远远不能满足现实生活中的需要，而提高传输功率主要涉及以下三个问题：(1)大功率宽频带高频电源的设计(2)传输系统参数的阻抗匹配(3)电能传输稳定性问题，即谐振频率鲁棒性问题。

目前无线电能传输高频电源主要有两种实现方法，一种是利用电力电子器件通过全桥逆变或半桥逆变实现；一种是利用功放将信号功率进行放大实现。前者可实现较大功率，但是由于受电力电子器件开关频率的限制，电源频率一般不高，且不易调节频率。后者可以实现较大功率和频率，利用其前面信号发生电路实现调频也很方便，但是设备成本较高。

功率放大式高频电源由信号发生电路和功率放大电路组成，信号发生电路生成所需频率的信号，该信号经过功率放大器将信号发生电路输出的信号放大至所需功率。如果按放大器偏置和导通情况分，功率放大器可以分为A类、B类、AB类、C类、D类、E类、F类、S类等。A类、B类、AB类、C类通常划分为经典的功率放大器；D类、E类、F类、S类通常划分为开关模式功率放大器。

其中，开关类功放的一个主要思路是开关在理想情况下不消耗任何功率，或者开关的电流为零，或者开关两端的电压为零，因而开关的V、I乘积总是为零，这意味着晶体管没有任何功耗损失，其效率理论上可以达到100％。实际过程中,由于开关晶体管的导通压降与寄生电阻等因素的影响，E类功率放大器的效率要低于100％，但是通过修改负载电路参数进行优化,电路的实际效率还是很高的。由于高频电源属于磁耦合谐振式传输系统的发射前端，要提高整体系统传输效率务必减小每一部分的损耗，而宽带E类功放减小开关转换损耗满足我们对提高效率的要求。

宽带E类功率放大器有多种不同拓扑结构，主要差别在于电抗补偿电路和匹配电路的类型，本发明最接近的宽带E类功率放大器，如图7所示。

其中，高频扼流线圈RFC2为漏极提供一个恒定的直流，R1、C6提高功率管的稳定性，由C13、C14、C15和L1、L2、L3组成的实数对复数切比雪夫低通阻抗变换电路，拥有电抗补偿、阻抗变换的功能，但电抗补偿的频率特性较差，工作频带较窄。C7为一个并联等效电容，由开关管漏源两极输出等效电容与外接接地电容组成。在激励信号的作用下，晶体管呈开关工作状态。当晶体管饱和导通时，集电极电压波形由晶体管决定；当晶体管截止时，集电极电压波形由负载网络的瞬变响应所决定。

发明内容

本发明设计的宽带E类功放按照是否为线性功放分属于非线性功放，采用双管放大，减小了工作时每个MOS管上的电压,对MOS管进行保护。

本发明所解决的技术问题在于提供一种宽工作频带的磁耦合谐振式无线电能传输E类功率放大器。